基于WebGIS的“一帶一路”經(jīng)濟數(shù)據(jù)輔助決策支持系統(tǒng)

彭 宇,曹雋雋,黃 穎,郭明強

(1.華中師范大學 城市與環(huán)境科學學院,湖北 武漢 430079;2. 中國地質大學(武漢) 信息工程學院,湖北 武漢 430074;3.武漢中地數(shù)碼科技有限公司,湖北 武漢 430074)

“一帶一路”數(shù)據(jù)資源歸集是實現(xiàn)知己知彼、促進合作交流的有力保障，也是建立“一帶一路”信息服務體系的基石[1]。而構建“一帶一路”大數(shù)據(jù)決策支持體系，對于支撐“一帶一路”戰(zhàn)略決策和服務企業(yè)“走出去”具有十分重要的意義[2]。建立“一帶一路”綜合數(shù)據(jù)庫，是提升“一帶一路”大數(shù)據(jù)決策支持能力的重要基礎性工作[3]。因此，“一帶一路”咨詢決策輔助系統(tǒng)的建設可為一帶一路決策提供科學便捷的信息和數(shù)據(jù)支持。

1 相關研究現(xiàn)狀及存在問題

目前關于一帶一路經(jīng)濟數(shù)據(jù)的研究，主要以地理學和經(jīng)濟學領域中對貿易依賴度、出口對區(qū)域經(jīng)濟增長的影響等研究為主[4]，研究成果頗豐，但在數(shù)據(jù)使用上仍存在以下缺陷：

1)數(shù)據(jù)信息中雖然具有位置屬性，但是缺少空間坐標及投影坐標信息。因此只能通過數(shù)據(jù)圖表進行簡單顯示，無法滿足一般地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求，因而無法進行帶有空間屬性數(shù)據(jù)的相關分析。

2)由于缺乏空間信息處理、分析功能，這些數(shù)據(jù)庫無法根據(jù)真實數(shù)據(jù)，對一帶一路經(jīng)濟數(shù)據(jù)進行組合與分析運算，實現(xiàn)經(jīng)濟數(shù)據(jù)與地理區(qū)域的直觀形態(tài)表示和可視化的對比分析功能。難以為“一帶一路”經(jīng)濟建設與決策提供理論依據(jù)和技術支持。

2 系統(tǒng)設計概述

2.1 系統(tǒng)架構及部署

本文設計的WebGIS系統(tǒng)是基于MapGIS，在.net平臺上進行的B/S架構二次開發(fā)，其系統(tǒng)架構如圖1所示。數(shù)據(jù)服務層使用支持本地文件的MapGIS數(shù)據(jù)庫來儲存一帶一路空間地理要素，各地理要素的經(jīng)濟數(shù)據(jù)以屬性的形式存儲在空間數(shù)據(jù)庫中[4-6]。矢量、影像等數(shù)據(jù)使用MapGIS瓦片工具進行處理后在服務平臺中發(fā)布使用。基礎內核調用IGServer平臺的GIS服務接口[7-9]，結合其JavaScript二次開發(fā)庫與百度ECharts圖表庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析及分析結果的可視化表達。本系統(tǒng)使用Microsoft Visual Studio 2010作為Web集成開發(fā)環(huán)境，基于JavaScript進行開發(fā)。以MapGIS IGServer作為GIS平臺，用于發(fā)布系統(tǒng)所使用的地圖。

圖1 系統(tǒng)架構

2.2 系統(tǒng)功能模塊設計

本系統(tǒng)主要實現(xiàn)“一帶一路”經(jīng)濟數(shù)據(jù)的空間分析、模擬計算、交互式可視化顯示等功能，如圖2所示，系統(tǒng)功能由空間分析模塊、經(jīng)濟模型模塊、經(jīng)濟資訊圖模塊三部分構成?？臻g分析模塊借助MapGIS提供的空間分析接口庫，來實現(xiàn)“一帶一路”多組合信息查詢、位置信息顯示、緩沖區(qū)分析和拓撲分析等功能；經(jīng)濟模型模塊結合時空GIS和空間經(jīng)濟學的數(shù)據(jù)處理建模方法，針對“一帶一路”經(jīng)濟數(shù)據(jù)，建立經(jīng)濟重心計算、經(jīng)濟引力[10]計算、經(jīng)濟潛力計算、經(jīng)濟最遠親疏計算[11]等6個經(jīng)濟模型。經(jīng)濟資訊圖模塊，共設有經(jīng)濟外向度資訊圖、外貿拉動度資訊圖和貿易競爭力資訊圖等5幅專題地圖，以著重表現(xiàn)某一經(jīng)濟要素以達到資訊目的。該模塊主要使用百度Echarts圖表庫進行經(jīng)濟數(shù)據(jù)可視化交互式顯示與表達。

圖2 系統(tǒng)模塊結構

3 關鍵技術與具體實現(xiàn)

本文設計的“一帶一路”經(jīng)濟數(shù)據(jù)輔助決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析具體工作流程如圖3所示。

3.1 空間數(shù)據(jù)的相互解析與調用

如圖3所示，使用經(jīng)濟模型計算及空間分析時，需要交叉使用MapGIS和Echarts兩種格式的數(shù)據(jù)。用戶通過自定義選擇的數(shù)據(jù)類型唯一標識字段，查詢返回一個按行存放的二維數(shù)組，其數(shù)據(jù)結構如表1所示。根據(jù)查詢數(shù)據(jù)類型不同，AttValue[]按順序存放相關屬性信息。其中，所有數(shù)據(jù)AttValue[0]、AttValue[1]、AttValue[2]分別存放字段name、字段x和字段y。name為數(shù)據(jù)對應的名稱、x，y為數(shù)據(jù)對應的經(jīng)緯度。SFEleArray[]為所查詢類型中的經(jīng)濟體序列號。

圖3 經(jīng)濟數(shù)據(jù)空間分析流程

AttValue[0]AttValue[1]……AttValue[k]SFEleArray[0]阿什哈巴德58.31500517.2212…………SFEleArray[i]霍爾果斯80.290010.4234

根據(jù)用戶選擇的經(jīng)濟數(shù)據(jù)所對應的k值，從二維數(shù)組中取出AttValue[k]、AttValue[1]、AttValue[2]進行預設模型的運算后，將結果保存入二維數(shù)組GToEC[][]。使用for循環(huán)，格式化計算結果數(shù)組，轉為ECharts所需Json字符串，如表2中的字符串1所示。由于ECharts需預存所顯示點的位置坐標信息，將IGServer數(shù)據(jù)表中AttValue[0]、AttValue[1]、AttValue[2]字段同樣進行數(shù)據(jù)格式化，轉為表2中Json字符串2的格式。

表2 json字符串格式

3.2 經(jīng)濟模型與分析

本文共設置如圖4所示的4大類經(jīng)濟模型，為經(jīng)濟數(shù)據(jù)空間分析提供支持。

經(jīng)濟重心模型：依據(jù)所選城市及測度指標來測算重心點的模型，式(1)—式(2)中，X，Y為計算得出經(jīng)濟重心的坐標，Xi，Yi為用戶選擇城市的坐標，Pi為選定的經(jīng)濟指標值。根據(jù)用戶選擇的區(qū)域范圍內、具體年份的經(jīng)濟指標后，可計算得到該區(qū)域內、該經(jīng)濟指標的重心點，并在地圖上進行標注顯示。如圖4(a)所示，經(jīng)濟指標重心的逐年偏移以重心圈以及帶方向的箭頭進行表示。

(1)

(2)

引力模型：該模型認為兩個城市間的相互作用與這兩個城市的指標值成正比，與距離成反比，如式(3)中，I為兩者之間的相互作用力，W為人的主觀經(jīng)驗確定的權重，D為兩者之間的距離，P為指標值，b為完成這個距離所摩擦指數(shù)。用戶通過選擇經(jīng)濟指標類型P、并設置距離摩擦系數(shù)b和權重值w。系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的關鍵字通過ajax異步調用數(shù)據(jù)[12]，返回前端，通過式(3)進行計算得到兩經(jīng)濟體的引力值I。如圖4(b)中，用戶選擇同時計算多個引力值時，引力線顏色以及粗細的變化表示其引力值的大小、指標圈的大小和顏色變化表示該城市所被選的經(jīng)濟指標值的大小。

(3)

潛力模型：計算在某一區(qū)域內的某一經(jīng)濟體對該空間內所有城市的相互作用量總和，以表現(xiàn)其在該區(qū)域范圍內的潛力大小。式(4)中將該區(qū)域范圍內經(jīng)濟體，按照式(3)所述方法計算全部經(jīng)濟引力值后求和，即可計算得到該經(jīng)濟體的區(qū)域潛力值，其數(shù)值大小在地圖上表現(xiàn)為紅色的經(jīng)濟潛力值圈。如圖4(c)所示，中心城市潛力值為紅色潛力圈，其他區(qū)域內城市及其引力大小仍使用指標圈與引力線表示。

(4)

親疏關系模型：該模型根據(jù)用戶需要，可提供最短距離、最遠距離和組間距離3種聚類方法，進行經(jīng)濟親疏關系的界定計算。用戶選擇聚類類型、經(jīng)濟指標及其對應年份，并自定義計算的區(qū)域范圍后，系統(tǒng)將根據(jù)用戶的選擇進行數(shù)據(jù)查詢與調用，并根據(jù)式(5)對數(shù)據(jù)進行標準化處理，再根據(jù)式(6)構建絕對值距離矩陣。最終計算得到每一區(qū)域所對應的該年所選經(jīng)濟指標與近鄰地區(qū)的經(jīng)濟聚類等級。其結果如圖4(d)所示，其經(jīng)濟聚類等級計算為0～5級，以不同顏色進行區(qū)別，等級越相近則表示其接近程度越高。

(5)

(6)

圖4 經(jīng)濟模型與空間分析結果圖

3.3 資訊地圖的交互顯示

為加快用戶使用ECharts進行交互式查詢時的顯示速度，資訊專題圖加載時，提前在IGServer中進行數(shù)據(jù)查詢，并將返回數(shù)據(jù)格式化為Json字符串儲存在前端。使用ECharts API中的brush區(qū)域選擇組件、geo地理坐標組件、series列表等組件，對前端數(shù)據(jù)進行交互式檢索查詢與顯示，如圖5(a)為用戶通過在地圖上拉框選擇，以折線圖的方式顯示2006—2015年城市外貿拉動度數(shù)值；圖5(b)中進行同樣的交互操作對“一帶一路”對外貿易值進行柱狀圖聯(lián)動顯示。

4 結 論

本文針對現(xiàn)有“一帶一路”數(shù)據(jù)庫的不足，設計具有智能輔助決策功能的“一帶一路”資訊決策系統(tǒng)，利用MapGIS IGServer平臺，結合現(xiàn)實應用需求，將功能運用于輔助戰(zhàn)略決策中，并系統(tǒng)性地整合經(jīng)濟、地理等方面數(shù)據(jù)，利用經(jīng)濟學的模型，以輔助決策者為“一帶一路”建設戰(zhàn)略提出科學性和前瞻性舉措，為戰(zhàn)略研究人員或相關領域的專家提出可行性建議，并提供理論依據(jù)和技術支持。

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